柴油引燃天然氣缸內(nèi)直噴噴射混合及燃燒排放過程研究.pdf

1、天然氣發(fā)動機技術(shù)使低十六烷值燃料在柴油機上獲得了應(yīng)用，緩解了能源危機，降低了排放。一些研究表明，柴油引燃天然氣缸內(nèi)高壓直噴天然氣發(fā)動機能夠避免進(jìn)氣道噴射天然氣存在的缺陷，但是柴油引燃天然氣同軸噴射器的開發(fā)存在困難。本文基于柴油機原型噴油器設(shè)計了柴油天然氣同軸噴射系統(tǒng)，探索柴油引燃天然氣噴射混合特性以及基于該系統(tǒng)的天然氣發(fā)動機的性能。
　　本文設(shè)計了柴油引燃天然氣同軸噴射器結(jié)構(gòu)，并基于柴油機原型噴油器設(shè)計了該同軸噴射器的關(guān)鍵參數(shù)。對

2、現(xiàn)有的噴油器進(jìn)行改裝，實現(xiàn)了天然氣高壓噴射。搭建了基于紋影儀可視化射流測試系統(tǒng)，進(jìn)行了不同噴射壓力下天然氣射流的特性研究。
　　基于本文設(shè)計的同軸柴油天然氣雙燃料噴射器，開展了柴油引燃天然氣缸內(nèi)高壓直接噴射及混合過程的數(shù)值模擬，設(shè)置氣體入口，研究了湍流模型、WAVE噴霧模型參數(shù)對模擬結(jié)果的影響，并對計算結(jié)果與文獻(xiàn)中的實驗結(jié)果進(jìn)行對比，驗證了計算模型的可行性。在此基礎(chǔ)上，研究了柴油噴孔和天然氣噴孔相對位置對油、氣噴射及混合過程的影響

3、。
　　進(jìn)一步針對天然氣和柴油噴射策略分別研究了天然氣替代率、柴油和天然氣噴射率、天然氣噴射速率以及引燃柴油噴射定時等因素對天然氣發(fā)動機的燃燒排放的影響。分析了不同因素影響下發(fā)動機的缸內(nèi)溫度、缸內(nèi)壓力、放熱率以及NO和Soot排放。
　　實驗結(jié)果表明，天然氣在噴孔出口處存在馬赫盤結(jié)構(gòu)，隨著噴射時間增加，射流頭部與空氣相互擴散，趨于均勻;隨著噴射壓力的增大，氣體射流頭部面積增大，與周圍空氣作用加強，射流變寬。對柴油引燃天然氣缸

4、內(nèi)直接噴射過程以及燃燒過程的模擬計算表明，噴孔高度越大，傾斜角越大，交角越大，獲得的噴霧貫穿距越長，SMD值越小;噴孔之間的相對位置決定了油氣射流之間能量傳遞，從而影響了油氣貫穿距以及霧化效果;噴孔相對位置中噴孔交角因素對油氣射流的影響最大，對引燃柴油噴霧的霧化效果改善明顯。
　　數(shù)值分析結(jié)果表明天然氣替代率對NO的改善效果明顯;馬鞍形與駝峰形噴射率曲線在噴射后期的噴射壓力高，起到類似于后噴的作用，使得Soot氧化效果好，有效減小